模拟电子技术第2章集成运算放大器及线性应用

2.1集成电路运算放大器2运算放大器2.2理想运算放大器2.3基本线性运放电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用1.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图2.1集成电路运算放大器2.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.2运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号图2.1.3运算放大器的电路模型通常：开环电压增益

Avo的≥105（很高）输入电阻

ri

≥106Ω（很大）输出电阻

ro

≤100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)

（V－＜

vO

＜V＋）

注意输入输出的相位关系2.运算放大器的电路模型2.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)≥V＋时

vO＝

V＋

当Avo(vP－vN)≤

V-时

vO＝

V-电压传输特性

vO＝

f

(vP－vN)线性范围内

vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率☆

2.2理想运算放大器1、理想运算放大器的概念

在分析由实际运算放大器组成的电路时，为了简化分析，往往采用理想运算放大器来代替。所谓理想运放，即把实际运算放大器的参数理想化。理想运放有如下参数：

rid≈∞

ro≈0IB1＝IB2＝0

Avo→∞

VOS、IOS及温漂为零若vP＜vN,则vO=–Vom=V－若vP＞vN,则vO=+Vom=V＋2、运放工作在非线性区,即运放开环3、运放工作在线性区,即运放闭环（引入负反馈）ip＝-in＝(vp－vn)/rid≈0，这种现象称为虚断。vp≈vN，或vid＝vp－vN≈0。这种现象称为虚短。

由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。2.3.1同相放大电路2.3.2反相放大电路2.3基本线性运放电路1.基本电路

2.3.1同相放大电路图2.3.1同相放大电路这是电压串联负反馈（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vp≈vN，

ip＝-iN＝0所以（可作为公式直接使用）2.几项技术指标的近似计算2.3.1同相放大电路2.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

输入电阻定义根据虚短和虚断有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）输出电阻Ro

：串联负反馈提高输入电阻电压负反馈减小输入电阻根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vi（可作为公式直接使用）3.电压跟随器无电压跟随器时负载上得到的电压有电压跟随器时负载上得到的电压ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vs电压跟随器的作用电压跟随器可起到变换输入输出电阻的作用。（b）由虚短引出虚地vn≈01.基本电路图2.3.5反相放大电路（a）电路图2.3.2反相放大电路这是电压并联负反馈（1）电压增益Av

根据虚短（地）和虚断的概念有：所以i1＝i2

即（可作为公式直接使用）2.几项技术指标的近似计算vn≈vp＝0，ii＝02.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

（3）输出电阻Ro

Ro→02.3.2反相放大电路直流毫伏表电路如图，当R2>>R3时，试证明：

VS＝(R3R1/R2)IM

解:根据虚断有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

又因为

VP

≈

VN

=0，例2.3.3直流毫伏表电路即R3(I2-IM)＋I2R2

=0

2.电流-电压变换器输出电压与输入电流成比例。则输出电流输出电流与输入电压成比例。负载不接地3.电压-电流变换器

1、反相比例运算电路的输入电流基本上_____流过反馈电阻Rf上的电流。。

课堂练习题

2、______运算电路的电压增益Avf为－Rf/R1。

3、_________比例运算电路的特例是电压跟随器，它具有Ri很大和Ro很小的特点，常用作缓冲器。A.大于B.小于C.等于D.无关

A.反相比例B.同相比例C.加法D.减法

A.反相比例B.同相比例C.加法D.减法

4、电路如图所示，设运放是理想的。当输入电压vs

为+1V时，则vO

=_____V。课堂练习题1A.1B.2C.3D.4

中山大学06年考研试题选解：（1）利用虚短概念可得Vo1=0V；2.4.1求差电路2.4.2仪用放大器2.4.3求和电路2.4.4积分电路和微分电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。根据虚短、虚断和n、p点的KCL得：2.4.1求差电路(差分式运算电路）电路引入的是电压串联和电压并联两种负反馈。2.4.1求差电路（差动放大电路）从放大器角度看增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）或R1R3=R2R4用叠加原理求解差分电路2.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路Ri=Ri1

2.4.2仪用放大器求解:解：vs1和vs2为差模输入信号，R1的中点为交流零电位。A3是双端输入差动放大电路。

数据放大器原理图

显然调节R1可以改变放大器的增益。求仪用放大器的输出表达式，并分析R1的作用。根据虚短、虚断和n点的KCL得：若则有（该电路也称为加法电路）2.4.3求和电路例2：电路如图，求v0的数值。解：这是由运放组成的三个电路加法同相差分1.积分电路式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此电容器被充电，其充电电流为i2设电容器C的初始电压为零，则（积分运算）2.4.4积分电路和微分电路⑴电路分析C为反馈元件，在冲放电过程中，引入的是电压并联负反馈当vI为阶跃电压时，有vO与t

成线性关系⑵积分电路输入阶跃电压t的大小受Vom值限制Vom的大小受VCC的值限制画出积分电路在以下几种阶跃输入下的的输出波形。(a)输入负阶跃信号⑶积分电路波形图例题:在vi为负时，R两端有电位差，产生反向电流，对C反向充电，vo向反方向变化。（b）输入正负对称的方波

注意：当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。因为没有放电回路，所以C不能放电，故输出电压vo保持不变。若在运放的输出端接上负载电阻RL，vo将有何变化？(c)输入正方波信号

2.微分电路∵

vN=vP=0，i1=itvo⑴.电路结构：⑵.电路分析：⑶.画输出波形：tvi1.二象限乘法器（a）原理电路（b）同相（或反相）乘法器代表符号6.6.1模拟乘法器的工作原理6.6.1模拟乘法器的工作原理1.二象限乘法器电路的最后输

缺点：

精度差

vY必须大于0V，只能实现两个象限的乘法运算1、乘方

6.6.2模拟乘法器的应用6.6.2模拟乘法器的应用2、除法

只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态，而vX1则可正可负，故属二象限除法器。利用虚短和虚断概念有得由乘法器的功能有乘法器和R2引入了反馈6.6.2放模拟乘法器的应用3、开平方

利用虚短和虚断概念有得由乘法器的功能有vi必须为负值时，电路才能正常工作。本